Отчет по практике для ПГС. Метрология наука, которая направлена на облегчение единства измерений, изучает приборы и методы измерений, проводит испытание. Физическая величина
 Скачать 3.81 Mb.
|
|
Измерительный прибор – это средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Прибор включает в себя один или несколько измерительных преобразователей и присоединенное к ним устройство отображения измерительной информации – отсчетное устройство. Отсчетные устройства подразделяются на шкальные, цифровые и регистрирующие. Шкальные отсчетные устройства состоят из шкалы, представляющей собой совокупность отметок и чисел, отображающих ряд последовательных значений измеряемой величины, и указателя (стрелки, электронного луча и др.), связанного с подвижной системой прибора. Расстояние между осями или центрами двух соседних отметок шкалы, измеренное вдоль ее базовой линии, называется длиной деления шкалы, а значение измеряемой величины, которое вызывает перемещение указателя на одно деление, – ценой деления шкалы. Значение величины, определяемое по отсчетному устройству средства измерений и выраженное в принятых единицах этой величины, называют показанием средства измерений. Измерительный прибор со шкальным отсчетным устройством характеризуется чувствительностью, диапазоном измерений и диапазоном показаний. Чувствительностьизмерительного прибора – это отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины. Диапазон показаний измерительного прибора со шкальным отсчетным устройством – это область значений шкалы, ограниченная начальными и конечными значениями. Диапазон измерений – область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерений. Он ограничивается верхними и нижними пределами измерений. Цифровые отсчетные устройства используются в цифровых приборах, принцип действия которых основан на квантовании измеряемой или пропорциональной ей величины. Показания таких приборов представлены в цифровой форме, а отсчет производится с помощью механических или электронных цифровых отсчетных устройств. Регистрирующие отсчетные устройства состоят из пишущего или печатного механизма и носителя информации (например, бумажной ленты). Различают самопишущие и печатающие регистрирующие отсчетные устройства. В зависимости от вида отсчетного устройства измерительные приборы делятся на показывающие, которые допускают только отсчитывание показаний измеряемой величины, т. е. имеют шкальные и цифровые отсчетные устройства, и регистрирующие, предусматривающие регистрацию показаний на том или ином носителе информации. Показывающие приборы, в свою очередь, делятся на аналоговые и цифровые. Аналоговые – это приборы, показания которых являются непрерывной функцией изменения измеряемой величины. Цифровые приборы автоматически вырабатывают дискретные сигналы измерительной информации. К средствам измерений относятся индикаторы – особый вид средств измерений в виде технического устройства или вещества, предназначенного для установления наличия какой-либо физической величины или определения ее порогового значения (лакмусовая бумага, «индикатор пожара в помещении», индикаторы охранной сигнализации и др.). В некоторых случаях в качестве индикаторов могут использоваться измерительные приборы (например, омметр при проверке обрыва в электрической цепи). Основные и вспомогательные средства измерений и дополнительные устройства могут быть объединены в измерительные установки или измерительные системы. Измерительная установка – это совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств), предназначенных для измерений одной или нескольких физических величин и расположенных в одном месте. Измерительная система – это совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т. п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях. Разновидностями измерительных систем являются информационно-измерительные, измерительные контролирующие, измерительные управляющие и др. 3.7.2. Эталоны физических величин Эталон – средство измерений (или комплекс СИ), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в установленном порядке в качестве эталона. Требования к эталонам регламентирует СТБ 8002–93. Теория воспроизведения единиц физических величин, теория эталонов и теория передачи размеров единиц являются одними из центральных разделов теоретической метрологии. Эталоны являются высокоточными мерами и предназначены обеспечить в стране единство измерений, которое достигается путем точного воспроизведения и хранения в специализированных организациях установленных единиц ФВ и передачи их размеров применяемым на практике рабочим СИ. Воспроизведение единицы ФВ осуществляется в результате операций по материализации эталонами этой единицы. Различают воспроизведение основной и производной единицы физической величины. Воспроизведение основной единицы осуществляется созданием фиксированной по размеру физической величины в соответствии с определением единицы. Воспроизведение производной единицы сводится к определению значения ФВ в указанных единицах на основании измерений других величин, связанных функционально с измеряемой. Например, воспроизведение единицы силы – ньютона – осуществляется на основании известного уравнения механики  , где  –масса,  – ускорение свободного падения.Хранение единицы эталонами заключается в осуществлении совокупности операций, обеспечивающих неизменность во времени размера единицы, присущего данному средству измерений. Неизменность обеспечивается созданием «естественных эталонов» различных величин, основанных на физических постоянных. Для их создания используются различные (сравнительно недавно открытые макроскопические квантовые эффекты), которые позволяют опираться на свойства атомных систем, наименее подверженных влиянию внешних условий и имеющих характеристики, непосредственно связанные с фундаментальными константами. От эталонов размер физической величины передается соподчиненным с ними средствам измерений. Передача размера единицы (сличение) – это приведение размера единицы ФВ, хранимой поверяемым СИ, к размеру единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном, осуществляемое при их поверке или калибровке. Таким образом, эталон должен обладать, по крайней мере, тремя тесно связанными друг с другом существенными признаками: неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью. Для обеспечения прослеживаемости (путем сличений) измерений, осуществляемых в государстве, создается иерархия эталонов. Различают эталоны первичные, вторичные и рабочие. Первичный эталон – это эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью. Первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного (т. е. обладающего наивысшими метрологическими свойствами) на территории государства, является национальным. Национальный эталон утверждается в качестве исходного для страны национальным органом по метрологии. В Республике Беларусь их Госстандарт. Они хранятся и применяются в органах государственной метрологической службы. Термин «национальный эталон» применяют в случаях сличения эталонов, принадлежащих отдельным государствам, с международным или при проведении так называемых круговых сличений эталонов ряда стран. Эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами, называется международным. Международные эталоны хранит и поддерживает Международное бюро мер и весов. Задача МБМВ состоит в систематических международных сличениях национальных эталонов разных стран с международными, а также между собой, что необходимо для обеспечения достоверности, точности и единства измерений как одного из условий международных экономических связей. Установлены определенные периоды сличения. Например, эталоны метра и килограмма сличают каждые 25 лет. В целях предохранения национальных эталонов от повреждения и обеспечения единства в области измерений создают вторичные эталоны. Вторичный эталон – эталон, получивший размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы. Он предназначен для хранения и передачи размера единицы другим эталонам (при необходимости – средствам измерений). Вторичные эталоны могут являться исходными (т. е. обладающими наивысшей точностью) для министерств, ведомств, предприятий. Вторичные эталоны утверждает Госстандарт, их хранят и применяют в органах государственной метрологической службы и метрологических служб предприятий. Для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом, применяют эталон сравнения. Передача размеров единиц от эталонов рабочим средствам измерений осуществляется с помощью рабочих эталонов. Рабочие эталоны предназначены для передачи размера единицы рабочим средствам измерений. Они могут являться исходными для министерств или предприятий. Рабочие эталоны при необходимости подразделяются на разряды (1-й, 2-й, … n-й), определяющие порядок их соподчинения. В этом случае передачу размера единицы осуществляют через цепочку соподчиненных по разрядам рабочих эталонов. При этом от последнего рабочего эталона в этой цепочке размер единицы передают рабочему средству измерений. Для различных видов измерений устанавливается, исходя из требований практики, различное число разрядов рабочих эталонов, определяемых стандартами на поверочные схемы для данного вида измерений. Наличие эталонной базы в стране (совокупности государственных первичных и вторичных эталонов, являющихся основой обеспечения единства измерений) является неотъемлемой чертой суверенитета и экономической независимости. В Республике Беларусь главной эталонной базой по всем видам измерений является Белорусский государственный институт метрологии (БелГИМ). На сегодняшний день в Республике утверждены пять национальных эталонов (времени, частоты и шкалы времени; единицы температуры (кельвин); напряжения электрического тока (вольт); координат цвета и спектральных коэффициентов пропускания и отражения в диапазоне длин волн 0,2-2,5 мкм; магнитной индукции (тесла)), пять исходных эталонов (единицы массы (килограмм); единицы длины (метр); единицы электрического сопротивления (Ом); единицы давления (паскаль); единицы плоского угла в области малых углов (секунда)) и 3628 рабочих эталонов. В настоящее время большое значение приобретают вопросы создания рабочих эталонов, «привязанных» к национальным, которые, находясь в территориальных органах Госстандарта – центрах стандартизации, метрологии и сертификации (ЦСМС), – обеспечивают передачу размера единиц рабочим СИ в городах и регионах республики. Рабочие эталоны ЦСМС, максимально приближенные к конкретным нуждам, способны наиболее эффективно обеспечить точностные потребности, поднять уровень измерений. Не являясь участником Метрической конвенции, Беларусь не участвует в сличениях в рамках Международного комитета мер и весов и перспектива получения признания эквивалентности национальных эталонов целиком связана с работами в метрологической организации стран Центральной и Восточной Европы (КООМЕТ) и Региональных метрологических организациях на пространстве СНГ. 3.7.3. Mетрологические характеристики средств измерений Метрологическая характеристика средств измерений – характеристика свойства средства измерений, которая оказывает влияние на результаты и, следовательно, погрешности измерений. Метрологические характеристики, регламентированные в ТНПА, называют нормированными, а определяемые экспериментально – действительными. Номенклатура метрологических характеристик, правила выбора комплексов нормируемых метрологических характеристик для средств измерений и способы их нормирования регламентирует ГОСТ 8.009–84. Требования к метрологическим характеристикам определяются, прежде всего, теми задачами, которые должны решаться с их помощью. Такими задачами являются: – оценка результата измерений и расчет оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений в реальных условиях применения СИ; – выбор СИ по заданным характеристикам погрешности измерений или показателям качества испытаний и контроля; – расчет погрешностей измерительных каналов систем, представляющих собой совокупность соединенных между собой СИ (измерительных преобразователей, измерительных приборов и т. п.) по их метрологическим характеристикам. Нормируемые метрологические характеристики должны обеспечить возможность нахождения инструментальной погрешности средства измерений путем суммирования ее составляющих. Типичными для общего случая являются четыре составляющие погрешности измерений, обусловленные свойствами СИ, т. е. четыре составляющие инструментальной составляющей погрешности измерений: – погрешность, обусловленная неидеальностью собственных свойств СИ. Эта составляющая называется основной погрешностью СИ; – погрешность, обусловленная реакцией СИ на изменения внешних влияющих величин и неинформативных параметров входного сигнала относительно их нормальных значений. Эта составляющая зависит как от свойств СИ, так и от изменений влияющих величин, она называется дополнительной погрешностью СИ; – погрешность, обусловленная реакцией СИ на скорость (частоту) изменения входного сигнала. Эта составляющая определяет динамическую погрешность СИ; – погрешность, обусловленная взаимодействием СИ и объекта измерений. Эта составляющая зависит от свойств как СИ, так и объекта измерений. Первые две составляющие представляют статическую погрешность СИ. Третья составляющая – динамическую. Из них только основная погрешность определяется свойствами СИ. Дополнительная и динамическая зависят как от свойств самого СИ, так и от некоторых других причин (внешних условий, параметров измерительного сигнала и др.). Модель инструментальной составляющей погрешности измерений может быть представлена в виде  где  – символ объединения (суммирования) составляющих погрешности СИ;  – основная погрешность СИ;  – объединение дополнительных погрешностей СИ, обусловленных действием влияющих величин и неинформативных параметров входного сигнала;  – динамическая погрешность СИ, обусловленная влиянием скорости (частоты) изменения входного сигнала;  – погрешность обусловленная взаимодействием СИ с объектом измерений.В зависимости от свойств СИ и реальных условий его применения некоторые или все составляющие  и (или) могут отсутствовать.ГОСТ 8.009 предусматривает возможность нормирования метрологических характеристик. Отдельно могут быть нормированы следующие группы метрологических характеристик: – характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправки). Такие метрологические характеристики можно назвать номинальными. – характеристики погрешностей СИ; – характеристики чувствительности средств измерений к влия-ющим величинам и неинформативные параметры выходного сигнала; – динамические характеристики СИ; – метрологические характеристики влияния на инструментальную составляющую погрешности измерения. К характеристикам, предназначенным для определения результатов измерений, относят функцию преобразования измерительного преобразователя, значение однозначной или многозначной меры, цену деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры, вид выходного кода, число разрядов кода, цену единицы наименьшего разряда кода средств измерений, предназначенных для выдачи результатов в цифровом коде и др. К метрологическим характеристикам погрешности СИ (основная погрешность СИ) относятся характеристики систематической составляющей погрешности, характеристики случайной составляющей погрешности, характеристики случайной составляющей погрешности от гистерезиса, обусловленной отличием показаний данного экземпляра СИ от информативного параметра входного сигнала при различных скоростях и направлении его измерения. К характеристикам чувствительности средств измерений к влияющим величинам и неинформативным параметрам выходного сигнала относятся функция влияния, устанавливающая зависимость изменения метрологических характеристик средства измерений от изменения влияющей величины или их совокупности в рабочих условиях применения СИ. Неинформативные параметры выходного сигнала являются одним из видов влияющих величин и определяют допустимую область значений тех параметров выходного сигнала, которые не содержат непосредственной информации о значении измеряемой величины. Неинформативные параметры выходного сигнала СИ нормируют путем установления номинальных значений и пределов допускаемых отклонений от них. Для описания динамических характеристик используют следующие характеристики: полную динамическую характеристику аналоговых СИ, частные динамические характеристики аналоговых СИ, динамические характеристики аналогово-цифровых СИ и др. К последней группе метрологических характеристик относятся характеристики СИ, отражающие их способность влиять на инструментальную составляющую вследствие взаимодействия СИ с любым подключенным к его входу или выходу компонентом, например, объектом измерения и др. Номенклатура нормируемых метрологических характеристик зависит от назначения, условий эксплуатации, режима работы и многих других факторов. Так, для однозначной меры набор метрологических характеристик включает значение меры Y и характеристики ее погрешностей, а для многозначной штриховой меры, измерительного преобразователя или прибора состав комплекса метрологических характеристик значительно расширен, а сами комплексы могут существенно различаться между собой. 3.7.4. Классы точности средств измерений |